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随着组织工程领域的发展,可视化和跟踪三维结构中的细胞、支架和组织的动态变化成为越来越重要的需求。光学相干层析成像(optical coherence tomography,OCT)是近几年发展迅速的新型层析成像技术。与传统的组织学切片相比,OCT成像技术可以实时无损非侵入式的监测支架中三维细胞的动态变化。其他的成像技术如CT、MRI、超声等成像精度较低,无法满足组织工程细胞成像的需求,同时CT等射线会对细胞造成不可逆的损伤。激光共聚焦等传统光学成像技术只有微米级成像深度,无法对支架中三维细胞进行整体成像。OCT技术提供了较高的分辨率(1～15 μm)和合适的成像深度(1～10 mm)是三维细胞动态检测的理想工具。组织工程中检测三维细胞动态变化具有重要意义,利用搭建的超宽带谱域OCT系统,通过提出基于散射界面的距离测量方法,量化评估组织工程皮肤厚度的动态变化和细胞在胶原中的动态侵袭情况。构建基于气-液方式培养的组织工程皮肤模型,OCT可以检测到皮肤的分层及角质细胞的生长,通过使用基于散射界面的量化方法,量化分析了皮肤在生长过程中皮肤厚度及角质层厚度的增长和分布。通过与H&E染色切片的结果比较,验证OCT检测组织工程皮肤的可行性和准确性。本文构建厚度超过1mm的三维肿瘤体外侵袭模型,利用OCT系统检测细胞迁移和侵袭动态,从细胞迁移距离变化和基质材料分解来表征肿瘤细胞体外侵袭过程。通过OCT散射界面的峰值变化来定量检测肿瘤细胞迁移距离,结合三维图像量化基质材料表面曲度、厚度、整体体积变化来表征肿瘤细胞侵袭过程的基质材料分解与变形信息。通过设计不同营养梯度、不同pH微环境的三维肿瘤模型,利用OCT系统准确量化了不同时间、不同体外微环境下肿瘤细胞的迁移距离、基质材料表面曲度、厚度和整体体积变化。本研究基于OCT技术可以实时监测三维细胞在生长过程中的动态变化,并通过基于散射界面的量化方法量化检测组织工程皮肤和肿瘤细胞侵袭时细胞的生长情况,结果与金标准相符,通过多个量化参数更强全面反映细胞的生长和机理。通过研究验证了 OCT在组织工程中三维细胞动态检测的可行性,研究表明OCT在检测三维组织模型中细胞动态变化的应用中具有良好的应用前景。